Derating strömbärande ledare för användningsförhållanden

av: Jerry Durham | Aug 05, 2020

om du frågar en erfaren elektriker hur många No. 12 AWG – ledare passar in i ett 3/4″ EMT-ledningssystem, kan du få ett svar som som ”en till!”Även om detta är underhållande (och typiskt sant), finns det försiktighetsåtgärder som måste vidtas enligt NEC när ledare buntas ihop i en raceway, kabel eller till och med i en dike i jorden.

liknande försiktighetsåtgärder måste också vidtas där ledare är installerade i temperaturer över 86 kcal F. båda förhållandena bidrar till värmeuppbyggnad och dålig ledarprestanda.

Vi kommer att titta på vad 2020 NEC säger om dessa användningsvillkor genom att granska:

kontinuerliga och icke – kontinuerliga belastningar-avsnitt 210.19(a)(1)

avsnitt 210.19 (A) (1) instruerar elektriker att dimensionera ledare vid 100% av belastningsgraden för alla icke-kontinuerliga belastningar, plus 125% av belastningsgraden för alla kontinuerliga belastningar på kretsen. Men om elektrikeren också måste tillämpa justeringsfaktorer på dessa ledare från tabell 310.15(C) (1) för mer än tre strömbärande ledare i en ledning och/eller korrigeringsfaktorer från tabell 310.15(B) (1) för temperaturer över 86 grader Fahrenheit, kräver NEC att vi jämför resultaten från de två kraven och använder den större av de två. Med andra ord, om en ökning av ledarna med 125% ger den större ledaren, måste du använda den ledaren. Men om du tillämpar justerings-och korrigeringsfaktorer för överdrivna omgivningstemperaturer och buntningsledare ger den större ledaren, måste du använda den ledaren.

vad är 125% ökning?

att öka ledarens Storlek 125% för en kontinuerlig belastning fungerar som en extra kylfläns för kretsen. Den större ledaren ger mer yta för värme som ska förskjutas i kretsen och mer yta för värme som ska överföras till den omgivande omgivande luften. Den större ledaren tar bort värme från terminalerna där ledaren är ansluten. Men när terminalerna på alla komponenter är klassade för att köra 100% av deras markerade betyg, är det inte nödvändigt att öka ledaren till 125% för att fungera som kylfläns.

Ledar Ampacity-tabell 310.16

tabell 310.16 i NEC 2020 ger ledar ampaciteter för ledningarna vi använder varje dag när användningsförhållandena inte tvingar oss att avvika från dessa siffror. Dessa ”användningsvillkor” inkluderar vanligtvis omgivningstemperaturer över 86 kcal F, eller mer än tre strömbärande ledare installerade tillsammans i en racerbana, kabel, eller begravd i jorden. Eller båda.

tabell 310.16 är uppdelad i två mindre bord med koppar (Cu) ledare adresserade på vänster sida av bordet och aluminium (Al) och kopparklädda aluminiumledare adresserade på höger sida av bordet. Kopparledare kan bära mer ström än aluminiumledare av samma storlek.

det finns tre temperaturklassningskolumner i tabellen: 60 C, 75 C och 90 C. De flesta ledare faller i en av dessa tre temperaturkolumner.

Värme genereras inuti en ledare när elektrisk ström strömmar genom ledaren. Ju större strömflödet desto mer värme genereras i ledaren. Isoleringen som omger ledaren, vanligtvis värmehärdad eller termoplastisk isolering, måste vara tillräckligt hög för att motstå den värmen. Tabell 310.16 begränsar ledarnas ampacitet baserat på deras isoleringsklassificering. Till exempel kan en ledare på 90 kg C nr 6 bära mer ström än en ledare på 60 kg C nr. 6-ledare, inte för att själva tråden är annorlunda, men eftersom isoleringen av 90-C-ledaren är byggd för att motstå mer värme utan att bryta ner. När den genererade värmen inuti ledaren överstiger ledarens isoleringsklass kan isoleringen som omger tråden missfärgas, bli spröd och kan så småningom falla av.

Om du någonsin har sett en vit jordad ledare som har en brun nyans till sin isolering, tittade du på en ledare som används med en ampacity högre än dess betyg.

Vi förstår att värme genereras när strömmen strömmar genom ledaren och hur viktigt det är för en ledares isolering att säkert kunna motstå den värmen utan att bryta ner. Men det finns en annan typ av värme som är lika viktig för ledarens livslängd – Omgivningstemperatur. Omgivningstemperatur är lufttemperaturen som omger dina elektriska ledare efter installationen. När det är för högt är det dåliga nyheter för konduktören.

andra omgivningstemperaturer än 86 kg F – tabell 310.15(B)(1)

Om temperaturen som omger en ledare är över 86 kg f, kan den värme som alstras inuti ledaren under normal användning inte spridas effektivt genom isoleringen. Om värmen inte effektivt kan undkomma ledaren måste vi minska mängden strömflöde på ledaren för att minska värmen som genereras i ledaren.

denna minskning av tillåtet strömflöde på en ledare på grund av omgivningstemperaturer över 86 kcal F kallas ”omgivningstemperaturkorrigering”, och det kräver korrigeringsfaktorer från tabell 310.15(B)(1) för att användas tillsammans med värdena från tabell 310.16.

korrektionsfaktorerna i tabell 310.15(B) (1) är procentandelar och de tillämpas på de normala ampacity-värdena som anges i tabell 310.16 för att minska deras värde. Till exempel anges en THWN nr 6 kopparledare från tabell 310.16 vara värd 65 ampere. Men enligt tabell 310.15 (B) (1), när samma ledare är installerad i en omgivningstemperatur som sträcker sig mellan 105 kg f – 113 kg F, är det bara värt 82% av dess värde, eller 53,3 ampere. (65 x .82 = 53.3)

inte bara måste elektrikeren vara oroad över omgivningstemperaturer som försämras och orsakar dålig prestanda hos en ledare, men elektrikeren måste också vara försiktig med att installera för många strömbärande ledare tillsammans i en racerbana, kabel eller begravd i jorden. Att installera mer än tre strömbärande ledare tillsammans i en enda racerbana, kabel eller täckt dike har samma destruktiva effekt på ledarens isolering som att installera ledare i en förhöjd Omgivningstemperatur.

Mer än tre strömbärande ledare i en racerbana, kabel eller Jordbord 310.15(C)(1)

tabell 310.15(C)(1) kräver att Ledare avverkas när mer än tre strömbärande ledare installeras tillsammans i en racerbana, kabel eller i ett täckt dike i jorden. Till exempel kräver tabell 310.15(C)(1) ett THWN-nr.4 kopparledare, normalt värderad till 85 ampere enligt tabell 310.16, som ska dämpas till 80% av dess värde när det finns 4-6 strömbärande ledare buntade ihop. Samma ledare måste dämpas till 70% av sitt normala värde när det finns 7-9 strömbärande ledare buntade ihop, och så vidare. Ledarnas ampacitet fortsätter att minska i tabell 310.15 (C) (1) när antalet ledare som buntas ihop ökar.

När mer än tre strömbärande ledare installeras tillsammans i en enda löpbana, kabel eller täckt dike, måste ampaciteten för varje ledare minskas enligt tillämplig justeringsfaktor från tabell 310.15(C)(1). Att minska strömflödet i varje ledare minskar värmen som genereras i varje ledare. Sammantaget minskar detta den totala driftstemperaturen för ledningarna i ledningssystemet och sparar ledarisoleringen från för tidigt fel.

en ledares isolering försämras med tiden även vid normal användning. Men när ledaren utsätts för temperaturer utöver ledarens betyg, inträffar det felet mycket tidigare. En ledare som används under normala förhållanden och enligt tillverkarens instruktioner kan ge årtionden av pålitlig service.

vad är en strömförande ledare?

Kom ihåg att Tabell 310.15 (C) (1) endast gäller strömbärande ledare och inte varje ledare är en strömbärande ledare.

avsnitt 310.15(F) anger att en jordnings-eller bindningsledare (vanligtvis bar eller grön i färg) aldrig räknas som en strömförande ledare. I avsnitt 310.15 (E) anges emellertid att den vita jordade (neutrala) ledaren är en strömbärande ledare om den bär all ström (ampere) i kretsen, såsom en två-tråds 120-volts krets som betjänar en belysningsarmatur. Men när den vita jordade ledaren fungerar som en neutral ledare, där den bara bär den obalanserade belastningen mellan två fasledare som betjänar samma belastning, är det inte en strömbärande ledare. Elektrikern bör studera avsnitt 310.15 (E) för att bli bekant med reglerna för en neutral ledare installerad i en ledning.

hur begränsar vi strömmen?

upprepade gånger har vi sagt att en ledares ampacitet måste minskas om ledaren utsätts för alltför höga omgivningstemperaturer eller för många strömbärande ledare installerade tillsammans i en racerbana eller liknande. Men hur kan vi minska den ampacity? Hur begränsar vi nuvarande flöde? Får vi ett löfte från kunden om att de inte kommer att tillämpa fler förstärkare på kretsen än vad vi har rekommenderat sedan ledaren har blivit avskräckt? Självklart inte. När vi säger att vi begränsar ampere eller strömflödet på en krets eller ledare, menar vi helt enkelt att vi minskar betyget på överströmsanordningen.

om en ledare normalt är värd 50 ampere men omgivningstemperaturer kräver att ledaren sänks till 80%, måste vi helt enkelt minska överströmsanordningen så att den går ut vid ledarens nya ampacity-betyg.

Kom ihåg att en minskning av en ledares ampacitet inte alltid resulterar i ett värde som är i linje med en standard säkring eller brytare storlek från tabell 240.6(a). Lyckligtvis får elektriker flytta upp till nästa standardstorleksöverströmsanordning i tabellen när en ledares betyg inte stämmer överens med standardvärdena från tabellen. Detta är tillåtet upp till och med 800 ampere.